Hi,
im Zuge meines Studiums soll ich ein Gitarrenstimmgerät bauen, welches
auf dem Raspberry Pi läuft und mittels Simulink implementiert wird.
Leider habe ich weder Ahnung von der Signalanlyse, noch von Simulink.
Ich habe jetz diverse sachen ausprobiert, aber ich bekomme es einfach
nicht hin, das eingelsene Signal korrekt zu bestimmen.
Moment teste ich auf Windows und verwende für das einlesen des
Microphonesignals den Block "Audio Device Reader". (Sample rate 96000,
Samples per frame 1024)
Das Signal wird dann an folgende Funktion übergeben:
function res = fcn(x)
Fs = 96000;
xdft = fft(x);
fftabs = abs(xdft(1:length(x)/2+1));
freq = 0:Fs/length(x):(Fs/2);
[~,maxindex] = max(fftabs);
mx = freq(maxindex);
res = fftabs;
fprintf('Frequenz %s Hz\n',mx );
end
Eigentlich würde ich erwarten, dass wenn ich einen Ton mit,zum Beispiel,
440 Hertz abspiele, die Textausgabe auch 440Hertz ausgibt, realität ist
aber 654 Hertz. Kann mir das jemand erklären?
wenn ich Anstatt wenn ich "x" auf folgendes setze:
t = linspace(0,1,Fs);
x = cos(2*pi*4999*t)+randn(size(t));
Dann bekomme ich die erwartete Frequenz 4999 ausgegebn, wieso
funktioniert dass aber nicht mit einem richtigen Audiosignal?
Ebenfalls hab ich versucht das Eingangssignal mit Blöcken zu analysieren
(also nicht mit einem MATLAB Function Block, wie oben beschrieben),
jedoch habe ich dann auch immer nur komische Werte zurückbekommen.
Ich bin offen für andere Vorschläge, wie ich das Stimmgerät realisieren
kann, wichtig ist nur dass ich das Microphonesignal in eine Frequenz
umwandele, sodass ich erkennen kann, ob der Zielton getroffen wird.
Ich finde leider nichts zu dieser Thematik über Google, wenn, dann nur
im zusammenhang mit Matlab, aber nicht mit Simulink.
Im bezug zu Matlab habe ich folgendes gefunden:
https://de.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/29538-pianotuner
Ich denke der Analysepart stimmt mit meinem Code überein, jedoch
verwendet dieses Beispiel die classe "audiorecorder", welche ich leider
nicht in simulink verwenden kann, da es scheinbar nicht auf dem
Raspberry pi laufen wird.
Ich bin ziemlich am verzweifeln und habe auch keine Ahnung, wie meine
nächsten Schritte aussehen sollen. Ich hoffe jemand kann mir weiter
helfen.
Vielen Dank im Vorraus,
Mick
Ich nehme an, dass Simuling den Code aus einem MBD automatisch erzeugen soll (?) Dazu brauchst du erst mal ein Modell des Systems. Simlink versteht embedded MATLAB, damit kannst Du den MATLAB-Code direkt eingeben. Was Du ab der Code-Gerneration noch machen musst, erfagst Du mal im PI-Forum. MATLAB wird Dir nur C auswerfen. Das sollte sich aber einbinden lassen. Was mich eher beschäftigt, ist die Herangehensweise, eine präzise Stimmung über Messung zu machen. Dazu muss die FFT sehr genau sein und man muss die effektive Frequenz aus den Stützstellen der FFT ermitteln. Das geht, ist aber umständlich. Dann müsste man auch noch dem Gitarristen eine Skala anzeigen, damit er die richtige Frequenz weiß. Ich würde das wohl eher so machen, daß er die Frequenz anhand der gewünschten Stimmung vorwählen kann und sie ihm erzeugt wird. Das kann man dann per Gehör oder optisch einstellen, wenn man 3 Frequenzen vorgibt und sie einfach durch Mittelung schwerpunktmässig verrechnet. Dann entsteht nur eine eher aussagenfreie Elongation nach links oder rechts vom Ideal, die er Nullen muss. Gute Gitarristen - besonders im Bereich der akustischen Musik - stimmen aber ein nach Gehör, weil sie den Saiten etwas Spreizung verpassen - d.h. die Saiten klingen per perfektem Griff nicht 100% auf der idealen Frequenz sondern etwas daneben, um eine leichte Schwebung zu produzieren, wenn man zwei gleiche Töne auf zwei unterschiedlichen Saiten greift. Wenn man es dann ganz genau macht und einen sehr guten Gitarristen hat, der wirklich mit den Tönen spielt, stimmt man das so, dass die Schwebung zum Rhythmus der Musik passt. Wichtig ist dabei, dass man eine Tongeneration hinbekommt, die sehr präzise ist, d.h. besser als 0,01 Cent definiert ist. Das erfordert schon etwas DSP-Power und entsprechende Mechanismen bei der DDS. Weil viele billige Geräte das nicht gut hinbekommen, erreicht man erheblich bessere Ergebnisse, wenn der Gitarrist einen einzigen Ton anstimmt und den Rest nach Gehör macht, so wie er greift.
Angehängte Dateien:
-
spektrum2.png
24 KB
Vielen Dank für die Antwort. Mein oben gennanter Code ist bereit als Matlab Function Block implementiert. Die Usability und der Nutzen des Projektes ist nicht wichtig. Würde ich ein das Ziel ernsthaft verfolgen, ein Stimmgerät zu baun, würde ich auf garkeinen Fall Simulink dazu verwenden. Mir wäre C++ lieber, aber unser Professor zwingt uns leider dazu Simulink zu verwenden. Im Endeffekt soll es darum gehn, dass das Gerät die Gitarre mit einem angeschlossenen Motor selbst Stimmt, was aber aufgrund der vermutlich signifikanten Latenz ein Problem sein wird, daber dass sei zum jetzigen Stand mal dahin gestellt. Mein Problem ist es in erster Linie zunächst einmal das korrekte Inputsignal zu erkennen, selbst daran scheitere ich schon und leider habe ich keine Ahnung, wie ich fortfahren soll oder woran das Problem liegt. Im Anhang befindet sich die Ausgabe meines Matlab Functionblocks. Das Eingangssignal betrug 440hz und wurde von meinem Stimmgerät erzeugt und ist frei von Obertönen. Selbst wenn ich das gerät als Line-In anschließe, wird ein ähnlicher Graph erzeugt. Ich verstehe nicht, warum die Funktion bei einem Generierten Signal (x = cos(2*pi*4999*t)) funktioniert und bei einem Signal von diesem "Audio Device Reader"-Block stammenden Signal nicht.
Weil Du, mit Verlaub, wenig von Signalverarbeitung mit FFT zu verstehen scheinst. Die Länge deines Samples legt die Auflösung der Frequenzen fest. Hier in Forum hab es aber Mal einen guten Thread "genaue Frequenzmessung mit FFT" oder ähnlich. Das sind deine Themen. C++ oder Simulink macht da keinen Unterschied mehr.
Das ist eben der Unterschied zwischen Theorie und Praxis. Bei der FFT kann man da schön reinfallen. Der Klavierdozentin meiner Cousine hat einst ein Typ auf der Musikmesse ein Stimmgerät auf der Basis eines Rohde & Schwarz Audio Analysators präsentiert und wollte nachweisen, dass er damit einen genaueren Klang einstellen kann. Das konnte er auch, jedenfalls zeigten das die Messergebnisse, aber der Klang war nach Meinung aller Umstehenden besch....en. Da kam ein Klavierbaumeister vom anderen Stand und hat mit dem Schraubenschlüssel nach Gehör dran rum geschraubt und dann ging es wieder. Warum, konnte keiner erklären.
@markus das kann vielleicht auch daran liegen, dass dieser typ nicht genau wusste, wie man ein piano "richtig" stimmt. wenn man es genau stimmt, geht es nämlich nach einer weile bei der oktave oder so nicht mehr richtig auf, daher wird etwas "geschummelt". (Wenn du es genauer wissen möchtest: https://de.wikipedia.org/wiki/Temperierte_Stimmung) @karl: ja richtig, wie bereits erwähnt weiß ich kaum etwas darüber und matlab bietet mir eine zusätzliche hürde - ich glaube nicht, dass mein problem ist, dass meine messung ungenau ist, sondern eher, dass irgentwas an meinem code oder an meiner matlabeinstellung nicht stimmt. als resultat vom fft bekomme ich ja keine frequenzen zurück, sondern diese verrückten "bins". die frequenzgenauigkeit würde dann ja fs/fftpoints betragen, also in meinem fall 96000/1024 = ca 94hz betragen. hab ich das richtig verstanden? also müsste ich ja eigentlich schlimmstenfalls 530hz rausbekommen und keine 654 oder? habe ich es richtig verstanden, dass die maximale frequenz die ich messen kann ungefähr fs/2 is? ich habe daher beschlossen, meine samplerate auf 3000 runterzudrehen um nicht so viele störungen im signal zu haben, da die höchste frequenz die ich messen muss ca 1320hz beträgt. dann wäre die genauigkeit wenn ich die samplerate auf 512 runterstelle immernoch 5hz, dass würde mir erstmal reichen. Dann könnte ich alle 200ms die stimmung korrigieren. oder ist das alles blödsinn was ich hier rede? macht dass sinn?
Bleib doch Mal bei deinen Ausgangsdaten. Auch dein Code funktioniert und liefert brav 468 Hz. Das Problem muss wo anders liegen.
mick schrieb: > @markus das kann vielleicht auch daran liegen, dass dieser typ nicht > genau wusste, wie man ein piano "richtig" stimmt. wenn man es genau > stimmt, geht es nämlich nach einer weile bei der oktave oder so nicht > mehr richtig auf, daher wird etwas "geschummelt". (Wenn du es genauer > wissen möchtest: https://de.wikipedia.org/wiki/Temperierte_Stimmung) > Moment, da liegt wohl eine Verwechslung vor: Die "temperierte Stimmung" ist die "normale" Stimmung der meisten Instrumente und auch heutiger Klaviere und ermöglicht es, in allen Tonarten zu spielen. Davon abweichend kann bei reiner Stimmung streng genommen nur in der jeweiligen Tonart gespielt werden. Dass speziell Klaviertöne nicht exakt dem jeweiligen idealen Verlauf folgen, hat andere Gründe. Unter anderem lässt sich der hohe Tonanteil, der obere Diskant, in seinen Oberwellen nicht exakt genug anpassen, was an den kurzen Saiten liegt, bei denen zusehens von der idealen Schwingungsgleichung abgewichen wird. Daher wird bei der Intonation nach Gehör anders eingestellt. Das dürfte der Klavierstimmer (unbewusst?) gemacht haben und der Analyzertyp nicht gewusst haben. Das Ergebnis ist eine Spreizung des Notenspektrums, d.h. tiefe Töne sind zu tief, hohe Töne etwas zu hoch. Dazu gibt es auch einiges an Literatur und Untersuchungen mit Blindtests von Klavierstimmern. Diese Unvollständigkeit des Klaviers macht einen großen Anteil des natürlichen Klangs aus, da die nicht koheränt schwingenden Oberwellen zu "lebendigem Klang" und - wie man auch zeigen kann - zu einem anderen, als dem berechenbaren Energieaustausch zwischen den Saiten einer Dreiklanggruppe führt. Mithin ist es dieser Effekt, der den Klavierklang macht. Das hat man gemerkt, als man versucht hat, Klavierklänge synthetisch zu erzeugen. Man dachte zunächst, dass man auf diese Weise ein ideales Klavier bauen könnte, aber dem fehlt dann etwas. Bei samples fehlt der Energieaustausch und bei generischen Klängen aus dem physical modelling zudem die Lebendigkeit der Oberwellen. Wenn man das nicht nachbildet, kommt es beim Anschlag gerne zu phasenbedingten Auslöschungen, weil die Oberwellen zu präzise zu einander passen. Daher verwende ich bei meinem Synthesizer 2 Skalen: Für akustische Begleitung eine Spreizung wie man sie bei natürlichen Klavieren kennt, auf der Basis entweder der temperierten oder seltener harmonischen Stimmung, oder für electro und trance die von mir am C64 gefundene e-music-scale mit einem Tonabstand von 196/185. Dieser garantiert immer ein festes Verhältnis von Dreiklangtönen, bildet also IMMER eine konstante Schwebung und zugleich passen die Oktaven nicht exkat, wodurch es ebenso zu keinen Auslöschungen kommt. Dennoch muss man meistens, die Töne etwas verstellen, um unschönen Effekten zu entgehen. Beim echten Klavier - wie gesagt - besorgen das die Dreiklanggruppen, die über den Energieaustausch ständig wechselnde Phasenbeziehungen erzeugen.
Was heißst das jetzt für das Gitarrenstimmgerät: Auch die Gitarre hat solche Effekte, durch die Nachbarsaiten und den Hals - wenn auch schwach. Das muss man beim Messen berücksichtigen. Man muss also geschickt fenstern, am besten exakt ganzzahlig zu den Perioden und nicht nur über eine Periode messen, sondern vielleicht mal 10. Und ja, das gibt eine lange FFT, die aber ist dann auch genau genug - zumindest wenn man die Zwischenfrequenzberechnung zwischen zwei Stützen durchführt. Generell muss man sich aber nochmal vor Augen führen, was man will: Die Saiten sollen exakt passen, daher ist eine exakte Vorgabe mit Anpassung nach Gehör / einem optischen Ausschlag der Abweichung besser. Zu beachten ist dabei wie schon erwähnt, die Temperatur: Manche Gitarristen möchten rein stimmen, bzw sie tun es unbewusst, ohne es zu wissen, wenn sie aufgrund eines Tons nach Gehör stimmen. Mir fällt dazu eine Szene mit einem Gitarristen, der klassische spanische Gitarre spielte, ein, der mit seinem Stimmgerät nicht klar kam. Es passte nicht Rest der Truppe, wenn er mit anderen zusammenspielte und er war auch generell mit dem Klang nicht zufrieden. Er hatte sehr feine Ohren. Es gibt Fälle, da lässt man das Stimmgerät besser zur Seite.
@Jürgen, du haßt recht, ich meinte eigentlich das hier: https://en.wikipedia.org/wiki/Equal_temperament Karl schrieb: > Bleib doch Mal bei deinen Ausgangsdaten. > Auch dein Code funktioniert und liefert brav 468 Hz. Heißt das du hast ihn getestet?
Jain. In Matlab und dann geplottet. Testsignal 1024 Samples des 440 Hz Sinus.
Karl schrieb: > des 440 Hz Sinus. Bei der Gelegenheit gleich der beiläufige Hinweis auf den gerne gemachten Fehler, bei Instrumententrimmung pauschal von einer 440er Stimmung auszugehen. Wenigstens bei sinfonischer Musik fällt man da gerne auf die Nase. Mir fällt jetzt kein Werk ein, das eine Gitarre aufbietet, aber wenn wer auf die Idee kommt, mit dem Gitarrenstimmgerät eine Konzertharfe trimmen zu wollen, kriegt bei der Festlegung ein Problem.
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